[发明专利]一种基于改进鲸鱼算法的CMOS电流模式D类功率放大器优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于改进鲸鱼算法的CMOS电流模式D类功率放大器优化设计方法，包括：设计一种新型的CMOS电流模式D类功率放大器、采用改进鲸鱼算法对功率放大电路进行尺寸设计。本发明首先设计了一款新型CMOS电流模式D类功率放大器。采用cadence软件，仿真求解功率放大器中MOS管的沟道宽度W_k和沟道长度L_k，得到数据集。然后通过在传统的鲸鱼算法中引入非线性收敛因子和自适应惯性权重，改进了算法的变量变化；在鲸鱼位置更新中引入量子旋转门，平衡了全局搜索和局部搜索。本发明成功地将改进鲸鱼算法应用到了模拟电路的尺寸设计，同时解决了传统鲸鱼算法收敛速度慢的问题，系统的整体性能和最优解的性能有了显著的提高。

技术领域

本发明涉及一种基于改进鲸鱼算法的CMOS电流模式D类功率放大器优化设计方法，属于无线通信领域。

背景技术

集成电子电路(IEC)主要由数字和模拟部分组成。模拟集成电路是电子系统的主要模块，用作实信号和数字信号之间的接口，但是它们的尺寸对其设计、性能和总体成本造成了重大限制。模拟集成电路主要由数百个晶体管组成。数字集成电路的尺寸确定是一项自动任务，而模拟电路的尺寸确定是一个复杂、耗时、迭代和繁琐的过程。每个晶体管都有三个参数：长度通道和宽度通道，以及偏置电流。在具有大量晶体管和多个目标约束的复杂电路中，设计者最大的难题是如何在这些目标约束中取得最佳平衡。因此，基于模拟或数学模型的高效优化技术对于高性能模拟IC的优化尺寸非常重要。

在过去的几年中，超启发式算法已经成功地应用在包含大量晶体管的电路的尺寸确定，并且已经证明它们可以取代传统的方法。在最著名的超启发式算法中，粒子群优化(PSO)、蚁群优化(ACO)和人工蜂群(ABC)已经成功地用于模拟电路的优化。虽然PSO、ACO和ABC算法具有很强的鲁棒性，但在多变量问题中，它们对计算时间和精度的要求很高。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于改进鲸鱼算法的CMOS电流模式D类功率放大器优化设计方法。

本发明提出一种基于改进鲸鱼算法的CMOS电流模式D类功率放大器优化设计方法，该方法包括：设计一种新型的CMOS电流模式D类功率放大器、采用改进鲸鱼算法对功率放大电路进行尺寸设计。

本发明通过以下优化方案实现：

步骤101，设计新型CMOS电流模式D类功率放大器：

传统的D类功率放大器在管子导通时电压与电流波形相互重叠，由此带来的损耗是不可忽略的，严重损害效率。本发明设计了一款新型CMOS电流模式D类功率放大器。该功率放大器第一级为驱动级，由三个电流镜组成，能够接收输入的电流信号，放大后转换为电压信号输出，作为下一级电路的驱动信号，驱动级为电流模式A类放大器；第二级为功率级，其工作原理是通过谐振回路上的电流方波来产生基频电压信号，属于电流模式D放器类放大器。

电流镜输入输出电流关系为：

其中，W₂、L₂为MOS管M2宽和长，W₁、L₁为MOS管M1宽和长，i_out是输入电流信号，i_in是输出电流信号。

输出电压为：

其中R₂为输出端电阻。

步骤102，制作数据集：

根据设计的CMOS电流模式D类功率放大器设计参数：输出功率、效率、功率增益。采用cadence软件，仿真求解功率放大器中MOS管的沟道宽度W_k和沟道长度L_k。随机选出500组数据进行归一化预处理，按照7∶3的比例划分为训练数据和测试数据。